[发明专利]一种利用辐射光的火焰中碳烟定量测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用辐射光的火焰中碳烟定量测试装置及方法，涉及动力机械的燃烧领域，包括在同一个光路上依次设置的碳烟消光辐射同步测试系统与碳烟辐射光测试系统；所述碳烟消光辐射同步测试系统包括LED灯和扩散片；所述碳烟辐射光测试系统包括窄通滤波片和数码相机；LED灯的脉冲频率为高速数码相机拍摄频率的一半，基于该装置的方法，首先在一定工况下将碳烟对背景光的消光特性和碳烟自身的辐射特性结合起来，利用高速数码成像，利用消光法对碳烟辐射图像进行标定，线性拟合获得碳烟量和碳烟辐射强度的函数关系，然后对其他工况碳烟辐射强度进行测量，利用此函数关系计算得到碳烟量。

技术领域

本发明涉及基础燃烧以及动力机械的燃烧等研究领域，尤其涉及到一种利用辐射光的火焰中碳烟定量测试装置及方法。

背景技术

火焰中的碳烟生成氧化过程包含了极其复杂的物理现象和化学动力学过程，涉及大量难以定量测量的中间组分，使得对其生成氧化过程的认识还十分有限，因此急需开发更为可靠的光学诊断技术，实现在各种工况环境下对碳烟瞬态特性更加全面、准确的测量。

近些年，为了增进对碳烟生成氧化过程的理解，已经发展了多种光学诊断技术。双色法基于两种不同波长辐射光强，可以对瞬态碳烟量及其温度实现定量测量。但是由于碳烟不同层面信号自吸的影响，使得其测试结果在高碳烟生成环境下具有很大误差。而扩散射背景光消光法在高碳烟环境下容易光强饱和使其不能测量，另外由于纹影效应影响使其在很低的碳烟生成工况下也不适用。因此，急需一种技术可以实现多工况范围下对碳烟量可以进行有效测量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种在一定范围工况下用消光法测得碳烟量对碳烟辐射强度进行标定，进而在目标工况下直接用碳烟辐射强度对碳烟量进行测量的实验装置，从而适用广泛的工况范围的碳烟测量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：

一种利用辐射光的火焰中碳烟定量测试装置，包括在同一个光路上依次设置的碳烟消光辐射同步测试系统与碳烟辐射光测试系统；所述碳烟消光辐射同步测试系统包括LED灯和扩散片；所述碳烟辐射光测试系统包括窄通滤波片和数码相机；LED灯的脉冲频率为高速数码相机拍摄频率的一半。

进一步的，所述LED灯发出的光照射到扩散片上，经扩散片辐照在燃烧室内，该光作为背景光，燃烧室内的喷油器喷油燃烧，背景光一部分被吸收，剩余背景光和燃烧室内燃油燃烧发出的光，或燃烧室内燃油燃烧发出的光辐照到窄通滤波片上，被数码相机获得。

进一步的，所述数码相机可连续获得一张照片有背景光，一张背景无背景光如此交替的照片。

进一步的，通过插值计算处理得到的照片，获得每个时刻的火焰辐射强度。

进一步的，所述窄通滤波片的波长与LED灯波峰值处光的波长一致。

进一步的，所述燃烧室上开设有光学窗口。

利用辐射光的火焰中碳烟定量测试装置的方法，包括如下步骤：

步骤一：搭建中碳烟定量测试装置平台；

步骤二：在适合消光法工况范围的标定工况下，触发喷油器喷油信号同时触发高速数码相机，再通过高速数码相机触发LED灯，使LED灯的脉冲频率为高速数码相机拍摄频率的一半，从而连续获得一张照片有背景光，一张背景无背景光；

步骤三：通过插值计算处理步骤二得到的照片，从而分别获得每个时刻剩余的背景光和碳烟辐射光强；

步骤四：通过Beer-lambert原理处理步骤二得到的图片，即可计算出标定工况下火焰中的碳烟量；

步骤五：在标定工况下，用消光法获得的碳烟量标定对应碳烟的辐射强度，获得碳烟量和碳烟辐射光强的函数关系；